Альтернативные источники энергии виды и использование. Альтернативная энергетика: типы, роль, плюсы и минусы нетрадиционных источников энергии

За последние годы альтернативная энергетика стала предметом пристального интереса и ожесточенных дискуссий. Под угрозой изменения климата и того факта, что средние мировые температуры продолжают расти с каждым годом, стремление найти формы энергии, которые позволят сократить зависимость от ископаемого топлива, угля и других загрязняющих окружающую среду процессов, естественным образом выросло.

В то время как большинство концепций не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла. Что же такое альтернативная энергетика, если говорить простыми и понятными словами, и какова вероятность того, что она станет основной?

Очевидно, остаются некоторые споры касательно того, что означает «альтернативная энергия» и к чему эту фразу можно применить. С одной стороны, этот термин можно отнести к формам энергии, которые не приводят к увеличению углеродного следа человечества. Поэтому он может включать ядерные объекты, гидроэлектростанции и даже природный газ и «чистый уголь».

С другой стороны, этот термин также используется для обозначения того, что в настоящее время считается нетрадиционными методами энергетики - энергии солнца, ветра, геотермальной энергии, биомассы и других недавних дополнений. Такого рода классификация исключает такие методы добычи энергии, как гидроэлектростанции, которые существуют больше сотни лет и представляют собой довольно распространенное явление в некоторых регионах мира.

Другой фактор в том, что альтернативные источники энергии должны быть «чистыми», не производить вредных загрязняющих веществ. Как уже отмечалось, это подразумевает чаще всего двуокись углерода, однако может относиться и к другим выбросам - моноксиду углерода, двуокиси серы, окиси азота и другим. По этим параметрам ядерная энергия не считается альтернативным источником энергии, поскольку производит радиоактивные отходы, которые высоко токсичны и должны храниться соответствующим образом.

Во всех случаях, однако, этот термин используется для обозначения видов энергии, которые придут на смену ископаемому топливу и углю в качестве преобладающей формы производства энергии в ближайшее десятилетие.

Виды альтернативных источников энергии
Строго говоря, существует много видов альтернативной энергии. Опять же, здесь определения заходят в тупик, потому что в прошлом «альтернативной энергетикой» называли методы, использование которых не считали основным или разумным. Но если взять определение в широком смысле, в него войдут некоторые или все эти пункты:

Гидроэлектроэнергия. Это энергия, вырабатываемая гидроэлектрическими плотинами, когда падающая и текущая вода (в реках, каналах, водопадах) проходит через устройство, вращающее турбины и вырабатывающее электричество.

Ядерная энергия. Энергия, которая производится в процессе реакций замедленного деления. Урановые стержни или другие радиоактивные элементы нагревают воду, превращая ее в пар, а пар крутит турбины, вырабатывая электричество.

Энергия, которая получается напрямую от Солнца; (обычно состоящие из кремниевой подложки, выстроенные в крупные массивы) преобразуют лучи солнца напрямую в электрическую энергию. В некоторых случаях и тепло, производимое солнечным светом, используется для производства электричества, это известно как солнечная тепловая энергия.

Энергия ветра. Энергия, вырабатываемая потоком воздуха; гигантские ветряные турбины вертятся под действием ветра и вырабатывают электричество.

Геотермальная энергия. Эту энергию вырабатывает тепло и пар, производимые геологической активностью в земной коре. В большинстве случаев в грунт над геологически активными зонами помещаются трубы, пропускающие пар через турбины, таким образом вырабатывая электричество.

Энергия приливов. Приливное течение у береговых линий тоже может использоваться для выработки электричества. Ежедневное изменение приливов и отливов заставляет воду протекать через турбины назад и вперед. Вырабатывается электроэнергия, которая передается на береговые электростанции.

Биомасса. Это относится к топливу, которое получают из растений и биологических источников - этанола, глюкозы, водорослей, грибов, бактерий. Они могли бы заменить бензин в качестве источника топлива.

Водород. Энергия, получаемая из процессов, включающих газообразный водород. Сюда входят каталитические преобразователи, при которых молекулы воды разбиваются на части и воссоединяются в процессе электролиза; водородные топливные элементы, в которых газ используется для питания двигателя внутреннего сгорания или для вращения турбины с подогревом; или ядерный синтез, при котором атомы водорода сливаются в контролируемых условиях, высвобождая невероятное количество энергии.

Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Во многих случаях альтернативные источники энергии также являются возобновляемыми. Тем не менее эти термины не полностью взаимозаменяемы, поскольку многие формы альтернативных источников энергии полагаются на ограниченный ресурс. К примеру, ядерная энергетика опирается на уран или другие тяжелые элементы, которые необходимо сперва добыть.

В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэлектроэнергия полагаются на источники, которые полностью возобновляемые. Лучи солнца - самый изобильный источник энергии из всех и, хоть и ограниченный погодой и временем суток, является неисчерпаемым с промышленной точки зрения. Ветер тоже никуда не девается, благодаря изменениям давления в нашей атмосфере и вращению Земли.

Развитие
В настоящее время альтернативная энергетика все еще переживает свою юность. Но эта картина быстро меняется под влиянием процессов политического давления, всемирных экологических катастроф (засух, голода, наводнений) и улучшений в технологиях возобновляемых энергий.

Например, по состоянию на 2015 год, энергетические потребности мира по-прежнему преимущественно обеспечивались углем (41,3%) и природным газом (21,7%). Гидроэлектростанции и атомная энергетика составили 16,3% и 10,6% соответственно, в то время как «возобновляемые источники энергии» (энергии солнца, ветра, биомассы и пр.) - всего 5,7%.

Это сильно изменилось с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составило 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектроэнергия составляли 4,8% и 2,45%, а возобновляемые источники - всего 1,2%.

Кроме того, наблюдалось увеличение числа международных соглашений относительно обуздания использования ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии. Например, Директиву о возобновляемой энергии, подписанную Евросоюзом в 2009 году, которая установила цели по использованию возобновляемой энергии для всех стран-участниц к 2020 году.

По своей сути, из этого соглашения следует, что ЕС будет удовлетворять не менее 20% общего объема своих потребностей в энергии возобновляемой энергией к 2020 году и по меньшей мере 10% транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела эти цели и установила уже 27% минимального потребления возобновляемой энергии к 2030 году.

Некоторые страны стали лидерами в области развития альтернативной энергетики. Например, в Дании энергия ветра обеспечивает до 140% потребностей страны в электроэнергии; излишки поставляются в соседние страны, Германию и Швецию.

Исландия, благодаря своему расположению в Северной Атлантике и ее активным вулканам, достигла 100% зависимости от возобновляемых источников энергии уже в 2012 году за счет сочетания гидроэнергетики и геотермальной энергии. В 2016 году Германия приняла политику поэтапного отказа от зависимости от нефти и ядерной энергетики.

Долгосрочные перспективы альтернативной энергетики являются чрезвычайно позитивными. Согласно отчету 2014 году Международного энергетического агентства (МЭА), на фотовольтаическую солнечную энергию и солнечную тепловую энергию будет приходиться 27% мирового спроса к 2050 году, что сделает ее крупнейшим источником энергии. Возможно, благодаря достижениям в области синтеза, ископаемые источники топлива будут безнадежно устаревшими уже к 2050 году.

Исчерпание полезных ископаемых и высокий уровень воздействия на окружающую среду традиционной энергетики вызвал во всем мире поиск и использование нетрадиционных альтернативных источников энергии.

К альтернативным источникам энергии относятся возобновляемые источники – энергия солнца, ветра, геотермальная, океаническая, энергия биомассы, термоядерная энергия и другие источники.

Энергия солнца. Это практически неисчерпаемый источник энергии. Использование лишь 1% солнечной энергии могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики. Главное – ее использовать так, чтобы ее стоимость была минимальной. По мере совершенствования технологий и удорожания традиционных энергоресурсов, эта энергия будет находить все большее применение.

Солнечную энергию можно использовать в двух направлениях:

· прямое использование для отопления, горячего водоснабжения;

· преобразование ее в электрическую.

Использование солнечного тепла наиболее простой и дешевый способ. Наиболее распространенный способ улавливания солнечной энергии с помощью различного типа коллекторов. Целенаправленное использование энергии солнца пока невелико, но все время интенсивно увеличивается.

Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется с помощью фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей) или путем нагревания воды до кипения с получением пара, приводящего в действие турбогенераторы.

Основные трудности применения фото преобразователей связаны с высокой металлоемкостью, их дороговизной, а также необходимостью отведения для их размещения больших территорий. В настоящее время проводят исследования по замене металлических фотопреобразователей на эластичные синтетические с использованием крыш и стен домов для размещения батарей.

Солнечная энергия используется в автомобильном, морском, авиационном транспорте, на космических станциях и спутниках.

Использование энергии солнца имеет большое будущее, но пока оно должно развиваться, совершенствоваться и снижать себестоимость энергии. Предполагается, что к середине XXІ века доля солнечной энергии в общем объеме вырабатываемой энергии составит от 10 до 20%.

Энергия ветра. Использование ветровой энергии известно с древности, а в последнее время интерес к ней значительно возрос. Так, в США используется несколько десятков тысяч ветровых агрегатов. Существенными установленными мощностями располагают Великобритания, Германия, Дания, Нидерланды, Швеция и другие страны.

К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной мощности. Более экономичными являются комплексы из небольших ветровых установок, объединенных в одну систему.

Основные факторы воздействия на окружающую среду – высокая металлоемкость ветроустановок, отчуждение больших земельных территорий, вибрационное и шумовое воздействие, гибель перелетных птиц под ударами лопастей. Особенно высокое шумовое воздействие возникает при эксплуатации мощных установок.

С учетом экологических факторов солнечные и ветровые электростанции уже сегодня более экономичны, чем тепловые и атомные.

Геотермальная энергия основана на использовании глубинного тепла Земли. Она может использоваться в виде тепловой энергии (столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников) и для получения электроэнергии.

Геотермальные станции устроены относительно просто, здесь не требуется топливо, золоуловители. Пар, откачиваемый из скважин, поступает в турбины и приводит в действие электрогенераторы.

Основные экологические проблемы геотермальных станций связаны с отработанными минерализованными водами. При отсутствии обратной закачки отработанных вод возникает опасность засоления водных объектов, почв; также происходит тепловое загрязнение окружающей среды, просадка земной поверхности над разрабатываемым геотермальным пластом.

В Украине перспективными зонами для использования геотермальной энергии являются Карпаты, Закарпатье, Крым, однако это направление развивается слабо.

Энергия морей и океанов. Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность, как возобновляемые и практически неисчерпаемые ресурсы. К ним относится энергия приливов и отливов, волн, течений, разницы температур на различных глубинах. В настоящее время эта энергия используется незначительно из-за высокой стоимости. Однако, инженерные расчеты и проекты показывают, что это энергия будущего и возможно использование ее гораздо шире.

Энергия биомассы. Биомасса – древесина, отходы лесоперерабатывающей и бумажной промышленности, отходы сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, бытовые отходы, навоз, осадки очистки канализационных стоков и др.

Около трети населения Земли до настоящего времени используют древесину в качестве топлива.

Более рациональной является переработка биомассы в биогаз, этиловый спирт. Путем анаэробного сбраживания (без доступа кислорода) органических отходов: получают биогаз и осадок, используемый как удобрение. Ведущее место по производству биогаза занимает Китай.

Альтернативная энергетика - это нетрадиционные способы получения, передачи и использования энергии. Известна также как «зелёная» энергия». Под альтернативными источниками понимаются возобновляемые ресурсы (такие как вода, солнечный свет, ветер, энергия волн, геотермальные источники, нетрадиционное сжигание возобновляемого топлива).

Базируется на трёх принципах:

Возобновляемость.
Экологичность.
Экономичность.

Альтернативная энергетика должна решить несколько остро стоящих в мире проблем: трата полезных ископаемых и выделение в атмосферу углекислого газа (это происходит при стандартных способах добычи энергии через газ, нефть и т.д.), что влечёт за собой глобальное потепление, необратимое изменение экологии и парниковый эффект.

Развитие альтернативной энергетики

Направление считается новым, хотя попытки использовать энергию ветра, воды и солнца предпринимались ещё в 18 веке. В 1774 году издан первый научный труд по гидротехническому строительству - «Гидравлическая архитектура». Автор работы - французский инженер Бернар Форест де Белидор. После издания труда почти на 50 лет развитие зелёного направления застыло.

1846 - первая ветроустановка, проектировщик - Пол ла Кур.
1861 - патент на изобретение солнечной электростанции.
1881 - постройка гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.
1913 - сооружение первой геотермальной станции, инженер - итальянец Пьеро Джинори Конти.
1931 - постройка первой промышленной ветряной станции в Крыму.
1957 - установка в Нидерландах мощной ветротурбины (200 кВт), подключённой к государственной сети.
1966 - строительство первой станции, вырабатывающей энергию на основе волн (Франция).

Новый толчок в развитии альтернативная энергетика получила в период жёсткого кризиса 1970 годов. С 90-ых годов по начало 21 века в мире зафиксировано критическое количество аварий на электростанциях, что стало дополнительным стимулом разработки зелёной энергии.

Альтернативная энергетика в России

Доля альтернативной энергетики в нашей стране занимает примерно 1% (по данным Минэнерго). К 2020 году планируется увеличить этот показатель до 4,5%. Развитие зелёной энергии будет проводиться не только средствами Правительства. РФ привлекает частных предпринимателей, обещая небольшой возврат средств (2,5 копеек за 1 кВт в час) тем бизнесменам, которые вплотную займутся альтернативными разработками.

Потенциал развития зелёной энергии в РФ огромен:

океанские и морские побережья, Сахалин, Камчатка, Чукотка и др. территории ввиду малой заселённости и застроенности могут использоваться в качестве источников ветровой энергии;
источники солнечной энергии в совокупности превышают то количество ресурсов, которые производятся путём переработки нефти и газа, - наиболее благоприятны в этом отношении Краснодарский и Ставропольский края, Дальний Восток, Северный Кавказ и др.

(Крупнейшая солнечная электростанция на Алтае, Россия )

В последние годы финансирование этой отрасли сократилось: планка в 333 млрд рублей опустилась до 700 млн. Это объясняется мировым экономическим кризисом и наличие неотложных проблем. На данный момент альтернативная энергетика не является приоритетным направлением в промышленности России.

Альтернативная энергетика стран мира

(Ветряные генераторы в Дании )

Наиболее динамично развивается гидроэнергетика (ввиду доступности водных ресурсов). Ветровая и солнечная энергия значительно отстают, хотя некоторые страны предпочитают двигаться именнов этих направлениях.

Так, с помощью ветряных установок добывается энергии (от общего числа):

28% в Дании;
19% в Португалии;
16% в Испании;
15% в Ирландии.

Спрос на солнечную энергию ниже, чем предложение: устанавливается половина источников от того числа, которое могут обеспечить производители.

(Солнечная электростанция в Германии )

ТОП-5 лидеров по производству зелёной энергии (данные портала вести.ру):

США (24,7%) - (все типы ресурсов, более всего задействован солнечный свет).
Германия - 11,7% (все виды альтернативных ресурсов).
Испания - 7,8% (ветряные источники).
Китай - 7,6% (все типы источников, половина из них - ветряная энергетика).
Бразилия - 5% (биотопливо, солнечные и ветряные источники).

(Крупнейшая солнечная электростанция в Испании )

Одна из наиболее труднорешаемых проблем - финансы. Зачастую пользоваться традиционными источниками энергии дешевле, чем устанавливать новое оборудование. Одним из потенциально позитивных решений этой задачи является резкое поднятие цен на свет, газ и т.д., чтобы вынудить людей экономить и со временем полностью перейти на альтернативные источники.

Прогнозы развития сильно варьируются. Так, Wind Energy Association обещает,ч то к 2020 году доля зелёной энергии вырастет до 12%, а EREC предполагает, что в 2030 году уже 35% энергопотребления в мире будет обеспечиваться из возобновляемых источников.

Запасы природного топлива не безграничны, а цены на энергоносители постоянно растут. Согласитесь, было бы неплохо взамен традиционных источников энергии использовать альтернативные, чтобы не зависеть от поставщиков газа и электроэнергии в своем регионе. Но вы не знаете, с чего начинать?

Мы поможем вам разобраться с основными источниками возобновляемой энергии – в этом материале мы рассмотрели лучшие эко-технологии. Заменить привычные источники питания способна альтернативная энергия: своими руками можно устроить весьма эффективную установку для ее получения.

В нашей статье рассмотрены простые способы сборки теплового насоса, ветрогенератора и солнечных батарей, подобраны фотоиллюстрации отдельных этапов процесса. Для наглядности материал снабжен видеороликами по изготовлению экологически чистых установок.

“Зеленые технологии” позволят ощутимо сократить бытовые расходы за счет использования практически бесплатных источников.

Еще с древних времен люди использовали в повседневном обиходе механизмы и устройства, действие которых было направлено на превращение в механическую энергию сил природы. Ярким примером тому являются водяные мельницы и ветряки.

С появлением электричества наличие генератора позволило механическую энергию превращать в электрическую.

Водяная мельница – предшественник насоса автомата, не требующий присутствия человека для совершения работы. Колесо самопроизвольно вращается под напором воды и самостоятельно черпает воду

Сегодня значительное количество энергии вырабатывается именно ветряными комплексами и гидроэлектростанциями. Помимо ветра и воды людям доступны такие источники, как биотопливо, энергия земных недр, солнечный свет, энергия гейзеров и вулканов, сила приливов и отливов.

В быту для получения возобновляемой энергии широко используют следующие устройства:

Высокая стоимость, как самих устройств, так и проведения монтажных работ, останавливает многих людей на пути к получению вроде бы бесплатной энергии.

Окупаемость может достигать 15-20 лет, но это не повод лишать себя экономических перспектив. Все эти устройства можно изготовить и установить самостоятельно.

При выборе источника альтернативной энергии нужно ориентироваться на ее доступность, тогда максимальная мощность будет достигнута при минимуме вложений

Солнечные панели собственноручного изготовления

Готовая солнечная панель стоит немалых денег, поэтому ее покупка и установка по карману далеко не каждому. При самостоятельном изготовлении панели расходы можно снизить в 3-4 раза.

Прежде чем приступить к устройству солнечной панели нужно разобраться, как все это работает.

Галерея изображений

Принцип работы системы солнечного электроснабжения

Понимание назначения каждого из элементов системы позволит представить ее работу в целом.

Основные составляющие любой системы солнечного электроснабжения:

Солнечная панель. Это комплекс соединенных в единое целое элементов, преобразующих солнечный свет в поток электронов.
Аккумуляторы. Одной надолго не хватит, поэтому система может насчитывать до десятка таких устройств. Количество аккумуляторных батарей определяется мощностью потребляемой электроэнергии. Количество аккумуляторных батарей можно будет увеличить в будущем, добавив в систему необходимое количество солнечных панелей;
Контроллер солнечного заряда. Это устройство необходимо для обеспечения нормальной зарядки аккумуляторной батареи. Основное его назначение состоит в недопущении повторной перезарядки батареи.
Инвертор . Прибор, требующийся для преобразования тока. Аккумуляторные батареи выдают ток низкого напряжения, а инвертор преобразует его в ток необходимого для функционала высокого напряжения – выходная мощность. Для дома достаточно будет инвертора с выдаваемой мощностью 3-5 кВт.

Основная особенность солнечных батарей состоит в том, что они не могут вырабатывать ток высокого напряжения. Отдельный элемент системы способен вырабатывать ток напряжением 0,5-0,55 В. Одна солнечная батарея способна вырабатывать ток напряжением 18-21 В, чего достаточно для зарядки 12-вольтового аккумулятора.

Если инвертор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда лучше приобрести готовыми, то солнечные батареи вполне возможно сделать самому.

Классификация тепловых насосов

Тепловые насосы классифицирую по количеству контуров, источнику энергии и способу ее получения.

В зависимости от конечных потребностей тепловые насосы могут быть:

Одно-, двух или трехконтурные;
Одно- или двухконденсаторные;
С возможностью нагрева или с возможностью нагрева и охлаждения.

По виду источника энергии и способу ее получения различают следующие тепловые насосы:

Грунт – вода. Применяются в умеренном климатическом поясе с равномерным прогревом земли вне зависимости от времени года. Для монтажа используют коллектор либо зонд в зависимости от типа грунта. Для бурения неглубоких скважин не требуется получения разрешительных документов.
. Тепло аккумулируется из воздуха и направляется на нагрев воды. Установка будет уместной в климатических зонах с зимней температурой не ниже -15 градусов.
. Монтаж обусловлен наличием водоемов (озера, реки, грунтовые воды, скважины, отстойники). Эффективность такого теплового насоса является весьма внушительной, что обусловлено высокой температурой источника в холодное время года.
Вода – воздух. В данной связке в роли источника тепла выступают те же водоемы, но при этом тепло посредством компрессора передается непосредственно воздуху, используемому для обогрева помещений. В данном случае вода не выступает в качестве теплоносителя.
Грунт – воздух. В данной системе проводником тепла является грунт. Тепло из грунта через компрессор передается воздуху. В роли переносчика энергии применяют незамерзающие жидкости. Данная система считается наиболее универсальной.
. Работа данной системы сходна с работой кондиционера, способного обогревать и охлаждать помещение. Данная система является наиболее дешевой, так как не требует производства земляных работ и прокладки трубопроводов.

При выборе вида источника тепла нужно ориентироваться на геологию участка и возможность беспрепятственного проведения земляных работ, а также на наличие свободной площади.

При дефиците свободного места придется отказаться от таких источников тепла, как земля и вода и забирать тепло из воздуха.

От правильности выбора вида теплового насоса во многом зависит эффективность работы системы и затраты на ее устройство

Принцип работы тепловых насосов основан на использовании цикла Карно, который в результате резкого сжатия теплоносителя обеспечивает повышение температуры.

По такому же принципу, но с противоположным эффектом, работает большинство климатических устройств с компрессорными установками (холодильник, морозильная камера, кондиционер).

Главный рабочий цикл, который реализуется в камерах данных агрегатов, полагает обратный эффект – в результате резкого расширения происходит сужение хладагента.

Именно поэтому один из наиболее доступных методов изготовления теплового насоса основан на использовании отдельных функциональных узлов, используемых в климатическом оборудовании.

Так, для изготовления теплового насоса может быть использован бытовой холодильник. Его испаритель и конденсатор будут играть роль теплообменников, отбирающих тепловую энергию из среды и направляющие ее непосредствен на нагрев теплоносителя, который циркулирует в системе отопления.

Установка ветрогенератора считается экономически выгодной, если среднегодовая скорость ветра превышает 6 м/с.

Монтаж лучше всего производить на возвышенностях и равнинах, идеальными местами считаются побережья рек и крупных водоемов вдали от различных инженерных коммуникаций.

Для преобразования энергии воздушных масс в электрическую применяются ветрогенераторы, наиболее продуктивные в прибрежных регионах

Классификация ветряных генераторов

Классификация ветряных генераторов зависит от следующих основных параметров:

В зависимости от размещения оси могут быть и горизонтальные . Горизонтальная конструкция предусматривает возможность автоповорота основной части для поиска ветра. Основное оборудование вертикального ветрогенератора расположено на земле, поэтому его легче обслуживать, при этом КПД вертикально расположенных лопастей ниже.
В зависимости от количества лопастей различают одно-, двух-, трех- и многолопастные ветряные генераторы . Многолопастные ветрогенераторы используют при малой скорости воздушного потока, применяются редко из-за необходимости установки редуктора.
В зависимости от материала, используемого для изготовления лопастей, лопасти могут быть парусными и жесткими . Лопасти парусного типа просты в изготовлении и монтаже, но требуют частой замены, так как быстро выходят из строя под воздействием резких порывов ветра.
В зависимости от шага винта, различают изменяемый и фиксируемый шаги . При использовании изменяемого шага можно добиться значительного увеличения диапазона рабочих скоростей ветрогенератора, но это приведет к неминуемому усложнению конструкции и увеличению ее массы.

Мощность всех видов приборов, преобразующих энергию ветра в электрический аналог, зависит от площади лопастей.

Для работы ветрогенераторам практически не нужны классические источники энергии. Использование установки мощностью около 1 мВт позволит сэкономить 92 000 баррелей нефти или 29 000 т угля за 20 лет

Устройство ветряного генератора

В любой ветряной установке присутствуют следующие основные элементы:

Лопасти , вращающиеся под действием ветра и обеспечивающие движение ротора;
Генератор , который вырабатывает переменный ток;
Контроллер управления лопастями , отвечает за образование переменного тока в постоянный, который требуется для зарядки аккумуляторов;
Аккумуляторные батареи , нужны для накопления и выравнивания электрической энергии;
Инвертор , выполняет обратное превращение постоянного тока в переменный, от которого работают все бытовые приборы;
Мачта , необходима для подъема лопастей над поверхностью земли до достижения высоты перемещения воздушных масс.

При этом генератор, и мачта считаются основными частями ветрогенератора, а все остальное – дополнительные компоненты, обеспечивающие надежную и автономную работу системы в целом

Тихоходный ветряной генератор из автогенератора

Считается, что данная конструкция является наиболее простой и доступной для самостоятельного изготовления. Она может стать как самостоятельным источником энергии, так и взять на себя часть мощности существующей системы электроснабжения.

При наличии автомобильного генератора и аккумуляторной батареи все остальные части можно изготовить из подручных материалов.

Шаг #1 – изготовление ветрового колеса

Лопасти считаются одной из наиболее важных частей ветрогенератора, так как их конструкцией определяется работа остальных узлов. Для изготовления лопастей могут быть использованы самые разные материалы – ткань, пластик, металл и даже дерево.

Мы изготовим лопасти из канализационной пластиковой трубы. Основные преимущества данного материала – дешевизна, высокая влагоустойчивость, простота обработки.

Работы выполняются в следующем порядке:

Производится расчет длины лопасти, при этом диаметр пластиковой трубы должен составлять 1/5 от необходимого метража;
С помощью лобзика трубу следует разрезать вдоль на 4 части;
Одна часть станет шаблоном для изготовления всех последующих лопастей;
После обрезки трубы заусеницы на краях необходимо обработать наждачной бумагой;
Вырезанные лопасти необходимо зафиксировать на заранее приготовленном алюминиевом диске с предусмотренным креплением;
Также к этому диску после переделки нужно прикрутить генератор.

Учтите, что труба из ПВХ не обладает достаточной прочностью и не сможет противостоять сильным порывам ветра. Для изготовления лопастей лучше всего применять трубу из ПВХ толщиной не менее 4 см.

Далеко не последнюю роль на величину нагрузки оказывает размер лопасти. Поэтому не лишним будет рассмотреть вариант снижения размера лопасти за счет увеличения их количества.

Лопасти ветрогенератора изготовлены по шаблону из ¼ ПВХ канализационной трубы диаметром 200 мм, разрезанной вдоль оси на 4 части

После сборки следует произвести балансировку ветрового колеса. Для этого требуется закрепить его горизонтально на штативе в закрытом помещении. Результатом правильной сборки будет неподвижность колеса.

Если же происходит вращение лопастей, необходимо выполнить их подточку абразивом доя уравновешивания конструкции.

Шаг #2 – изготовление мачты ветрогенератора

Для изготовления мачты можно использовать стальную трубу диаметром 150-200 мм. Минимальная длина мачты должна составлять 7 м. Если на участке есть препятствия для перемещения воздушных масс, то колесо ветрогенератора нужно поднять на высоту, превышающую препятствие не менее, чем на 1 м.

Колышки для закрепления растяжек и саму мачту необходимо забетонировать. В качестве растяжек можно использовать стальной либо оцинкованный трос толщиной 6-8 мм.

Растяжки мачты придадут ветрогенератору дополнительную устойчивость и снизят расходы, связанные с устройством массивного фундамента, их стоимость гораздо ниже остальных типов мачт, но требуется дополнительная площадь для растяжек

Шаг #3 – переоборудование автомобильного генератора

Переделка состоит лишь в перемотке провода статора, а также в изготовлении ротора с неодимовыми магнитами. Для начала нужно высверлить отверстия, необходимые для фиксации магнитов в полюсах ротора.

Установка магнитов выполняется с чередованием полюсов. По завершению работ межмагнитные пустоты нужно заполнить эпоксидной смолой, а сам ротор обернуть бумагой.

При перемотке катушки нужно учесть, что эффективность работы генератора будет зависеть от количества витков. Катушку необходимо мотать по трехфазной схеме в одном направлении.

Готовый генератор нужно испытать, результатом правильно выполненной работы будет показатель в 30 В при 300 оборотах генератора.

Шаг #4- завершение сборки тихоходного ветрогенератора

Поворотная ось генератора выполняется из трубы с насаженными двумя подшипниками, а хвостовая часть вырезается из оцинкованного железа толщиной 1,2 мм.

Перед креплением генератора к мачте необходимо изготовить раму, лучше всего для этого подойдет профильная труба. При выполнении крепления нужно учесть, что минимальное расстояние от мачты до лопасти должно быть больше 0,25 м.

Для работы системы после ветрогенератора нужно установить контроллер заряда, аккумуляторные батареи, а также инвертор.

Емкость батареи определяется мощностью ветрогенератора. Данный показатель зависит от размеров ветряного колеса, количества лопастей и скорости ветра.

Выводы и полезное видео по теме

Изготовление солнечной панели с пластмассовым корпусом, перечень материалов и порядок выполнения работ

Ваш дом использует альтернативную энергетику в качестве источников тепла и электроэнергии? Вы самостоятельно собрали ветрогенератор или изготовили солнечные батареи? Поделитесь, пожалуйста, своим опытом в комментариях к нашей статье.

“Зеленая энергетика” привлекает просто космическими перспективами. Из окружающей среды можно получать совершенно бесплатно неисчерпаемую энергию для обслуживания автономных коммуникаций. Причем ее ресурс ежедневно восстанавливается без участия человека.

Однако для того чтобы грамотно пользоваться настоящими подарками природы, нужно знать, как они работают и где применяются. Согласны?

Все о том, как используется альтернативная энергия для дома, вы узнаете из представленной нами статьи. Ознакомившись с материалом, вы сможете выбрать максимально подходящий вариант получения тепла или электричества.

Мы детально описали установки, перерабатывающие энергию солнца/ветра/воды/земли. Кратко и предельно просто изложили принцип их работы. Предложенные сведения помогут сравнить способы и источники получения энергии.

Приобрести промышленные модели современных устройств для извлечения тепловой или электрической энергии из окружающей среды не так уж и сложно.

К самым популярным вариантам такого оборудования можно отнести:

солнечные батареи;
солнечные коллекторы;
ветрогенераторы;
тепловые насосы;
генераторы биогаза.

Наука на месте не стоит, появляются все новые модели устройств для получения альтернативной энергии. Важно не только выбрать подходящий вариант, но и правильно его установить. Очень часто обойтись только каким-то одним агрегатом не удается. Можно совмещать использование различных ресурсов.

Например, солнечная батарея дает больше электроэнергии в летний период, а ветрогенератор – в зимний. Сочетание этих двух устройств позволяет обеспечить достаточным количеством автономной электроэнергии в течение всего года. Подобным образом можно также комбинировать и другие устройства.

#1: Использование солнечных батарей

Эти элементы становятся все популярнее и разнообразнее. Их продают как в виде готовых комплектов, так и в виде отдельных фотоэлементов. С последними охотно работают мастера-аматоры, которые все предпочитают делать своими руками – это относительно несложная задача.

Промышленные модели солнечных коллекторов намного производительнее, чем “самоделки”, и могут работать круглый год, но стоимость такой системы может оказаться довольно высокой

Конечно, современные солнечные коллекторы промышленного производства устроены сложнее и работают эффективнее. В некоторых устройствах в качестве теплоносителя используется фреон, позволяющий получать тепловую энергию даже во время холодов.

Промышленные агрегаты могут быть снабжены вакуумными трубками, блоком с фотоэлементами, датчиками температуры, системой автоматического управления и т.п. Стоимость такого коллектора может оказаться весьма внушительной.

#3: Эксплуатация энергии ветра

Ветрогенераторы – устройства известные давно и довольно популярные у поклонников экологически чистой энергии. Это достаточно громоздкое устройство, особенно если лопасти ветряка вращаются в горизонтальной плоскости. Поэтому версии с вертикально расположенными лопастями более популярны.

Ветрогенераторы – это достаточно громоздкие изделия, которые следует установить на открытой местности, которая хорошо продувается ветрами. Одно такое устройство может полностью покрыть потребности частного дома в электроэнергии

Ветряк размещают на высокой и прочной стойке. Движение лопастей передается на генератор, полученная энергия накапливается в аккумуляторе. Затем электроэнергия передается на внутреннюю электрическую систему дома или используется иным образом.

#4: Отопление на основе тепловых насосов

Эти устройства давно заняли почетное место в семействе приспособлений для получения экологически чистой энергии. Работает тепловой насос примерно так же, как холодильник или кондиционер, но только наоборот.

Используют приборы такого типа, главным образом, для обогрева жилища, а также для подогрева воды. Хотя существуют и модели, которые в летнее время успешно справляются с обязанностями кондиционера.

Принцип работы теплового насоса основан на поглощении тепловой энергии с низким потенциалом в концентрированное высокопотенциальное тепло. Устройства типа “земля-вода” сложны в монтаже, но эффективны

В качестве источника тепла такие системы используют энергию воздуха, тепло грунта и воды. Энергия есть везде, но в этих ресурсах она имеет низкий потенциал. Наружный контур теплового насоса собирает эти рассеянные крохи тепловой энергии и перемещает их в систему.

Для трансформации энергии в высокопотенциальное состояние используют хладагент, обычно фреон. Он поглощает полученную энергию, нагревается и поступает в компрессор. Здесь хладагент сжимается и через испаритель поступает в теплообменник внутреннего контура отопления.

Теплоноситель поглощает концентрированную тепловую энергию, а фреон проходит через испаритель и снова переходит в жидкое состояние. Теперь он получает низкопотенциальную энергию, нагревается и т.д.

В зависимости от источника тепловой энергии, а также от вида теплоносителя выбирают и тип теплового насоса: “земля-вода”, и т.п. С помощью такого устройства можно реализовать не только традиционное водяное отопление, но и воздушное.

Многие умельцы успешно освоили самостоятельное изготовление подобного агрегата, интересные варианты описаны в следующих статьях:

Извлекать тепло из земли – не самая простая задача, поскольку понадобится просторный земельный участок и обширные земельные работы. Трубы наружного контура укладывают в траншеи и засыпают землей. Понятно, что использование этого участка в дальнейшем будет ограничено.

Внешний блок теплового насоса типа “воздух-вода” нужно просто установить на подходящей площадке, но такое устройство может быть не слишком эффективно при низкой температуре наружного воздуха

Но таким образом можно обеспечить стабильную температуру теплоносителя в наружном контуре, а это важное условие для успешной работы теплового насоса. Очень удобно, если рядом с домом имеется водоем, наружный контур можно погрузить в воду без особых проблем. В качестве альтернативы водоему используют водяную скважину.

Для забора тепла из воздуха используются не трубы с жидким теплоносителем, а мощные вентиляторы, которые нагнетают воздух в теплообменник. Температура наружного воздуха далеко не так постоянна, как в вариантах с водой или землей, но зато подобрать место для агрегата и выполнить монтаж значительно проще.

К сожалению, такие устройства малоэффективны в северных районах, поскольку обогрев невозможен уже при -20 градусах температуры наружного воздуха. Проблему решают путем сочетания двух различных систем отопления.

#4: Биогаз в работе коммуникаций

Отходы – еще один интересный ресурс для получения тепловой энергии. При переработке отбросов с помощью анаэробных бактерий выделяются такие вещества, как метан, сероводород, углекислота и некоторое количество примесей.

Эту газовую смесь называют биогазом, ее также можно рассматривать в качестве современного альтернативного источника энергии.

Для переработки в биогенераторе обычно используют смесь из отходов растительного и животного происхождения с водой. Влажность массы должна составлять 88-96% в зависимости от времени года

Конечно, получают это горючее вещество не из содержимого канализации. Для этого используют органические отходы животного или растительного происхождения. Их помещают в специальную емкость, очень прочную и обязательно герметичную. Туда же загружают бактериальные культуры.

Внутри устройства устанавливают шнек, чтобы перемешивать биологическую массу. Это увеличит скорость реакции и сделает работу генератора более эффективной.

Массу, предназначенную для переработки, разбавляют водой, которая должна быть подогрета примерно до 40°С. В летнее время следует доливать больше воды, но в зимний период влажность биомассы может составлять около 90%.

Чтобы поддерживать комфортную для жизнедеятельности микроорганизмов температуру, емкость биогенератора покрывают теплоизоляционными материалами. Все исходные материалы загружают через горловину, которую после этого плотно закрывают. Биогаз скапливается в верхней части устройства и отводится из него по специальному патрубку.

Для удобства, экономии места и безопасности биогазовые установки помещают под землей, распределение газа осуществляется через гидрозатвор, обязательно нужно обеспечить подогрев биомассы (+)

Переработанные отходы выгружают через отдельный патрубок, они представляют собой ценное удобрение, применение которому можно найти на участке. Важный момент при самостоятельном создании биогенератора – безопасность. Поскольку газ постоянно накапливается в емкости, там постоянно повышается давление.

Процесс самостоятельного создания биогенератора из металлической бочки описан в этом ролике:

Если этот процесс не контролировать, устройство может просто взорваться. Считается более безопасным размещение биогенератора под землей, а не на поверхности. Следует обеспечить постоянный отбор полученного газа из емкости, чтобы нормализовать давление.

С газовой смесью также нужно обращаться осторожно. Это горючее вещество имеет резкий и неприятный запах, его вдыхание может быть опасным для здоровья людей.

Назначение и применение термогенератора

Устройства этого типа известны еще с середины прошлого века. Они позволяют преобразовать тепловую энергию в электрическую. Современный вариант термогенератора промышленного производства предназначен для установки на газовые котлы или дровяные печи длительного горения мощностью не менее 200 Вт.

Такой прибор позволяет в зимнее время, когда отопительные приборы работают непрерывно, получать около 150 кВт/ч электроэнергии в месяц.

Можно рассматривать его как дополнительный вариант в сочетании с солнечными батареями или как способ компенсировать частые отключения электроэнергии.

Существуют и походные модели теплогенераторов, которые могут перерабатывать тепловую энергию обычного костра. Их можно использовать во время строительства там, где нет электричества как альтернативу генератору, работающему на сжиженном топливе.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик познакомит с наиболее популярными вариантами установок, работающих от альтернативных источников энергии:

Единственный значимый недостаток альтернативных способов получения энергии – высокая цена оборудования и монтажа. Высокотехнологичные разработки эффективны, удобны и недешевы. И все же вложения со временем окупятся. А для любителей мастерить всегда остаются варианты для самостоятельного изготовления.

Расскажите, что вы думаете относительно использования альтернативной энергии для дома? Делитесь своим мнением, участвуйте в обсуждениях и задавайте вопросы. Оставлять комментарии можно в форме, расположенной ниже.